(57)【要約】【課題】  絶縁耐圧を保ちながら熱抵抗を低減したパワー半導体素子を樹脂封止した半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】  リードフレームの素子搭載部１ｂに搭載されたパワー半導体素子２と、パワー半導体素子の電極とリードフレームのリード部１ａとを電気的に接続するボンディングワイヤ３と、素子搭載部を搭載する主面を有する絶縁シート５と、絶縁シート、素子搭載部及びパワー半導体素子等を封止する樹脂封止体とを備え、絶縁シートの熱伝導率は、樹脂封止体の熱伝導率よりも高い。樹脂封止体より熱伝導率の高い絶縁シートを素子搭載部の下の部分に設けることにより封止樹脂の充填性を考慮する必要がなくなり、絶縁性を充分確保しながらこの部分の厚みの薄化が可能となり熱抵抗の低減が可能となる。絶縁シートに金属シートを固着することにより硬度が保て作業性が向上する。【選択図】  図１
2005353805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームと、
前記リードフレームの素子搭載部に搭載されたパワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子の電極と前記リードフレームのリード部とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
前記素子搭載部を搭載する主面を有する絶縁シートと、
前記リード部の一部、前記素子搭載部を搭載する絶縁シート主面、前記素子搭載部及び前記パワー半導体素子を封止する樹脂封止体とを備え、
前記絶縁シートの熱伝導率は、前記樹脂封止体の熱伝導率よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
リードフレームと、
前記リードフレームの素子搭載部に搭載されたパワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子の電極と前記リードフレームのリード部とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
前記素子搭載部を搭載する主面を有する絶縁シートと、
前記絶縁シートの前記素子搭載部を搭載する主面とは対向する面に形成された金属シートと、
前記リード部の一部、前記素子搭載部を搭載する絶縁シート主面、前記金属シートの前記絶縁シートが設けられた面とは反対の面、前記素子搭載部及び前記パワー半導体素子を封止する樹脂封止体とを備え、
前記絶縁シートの熱伝導率は、前記樹脂封止体の熱伝導率よりも高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁シートの熱伝導率は、３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁シートには無機フィラーが含有されており、その含有率は、７０〜８０重量％であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
リードフレームの素子搭載部にパワー半導体素子を搭載する工程と、
前記パワー半導体素子の電極と前記リードフレームのリード部とをボンディングワイヤにより電気的に接続する工程と、
半硬化状態の絶縁シートの一面に金属シートを設ける工程と、
前記素子搭載部を前記絶縁シートの前記金属シートが設けられた主面とは対向する主面に搭載する工程と、
前記パワー半導体素子を搭載した前記リードフレームを金型に載置し、前記リード部の一部、前記素子搭載部を搭載する絶縁シート主面、前記素子搭載部及び前記パワー半導体素子を封止する樹脂封止体を形成する工程とを備え、
前記絶縁シートの熱伝導率は、前記樹脂封止体の熱伝導率よりも高いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体素子をリードフレームに搭載し樹脂封止した半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor) 、パワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体素子は、絶縁耐圧が高く、且つ熱抵抗の小さい半導体パッケージが必要である。
図４は、従来の半導体装置の断面図を示している。この半導体装置では、リードフレーム１０１を用いる。リードフレーム１０１は、リード部１０１ａ及び素子搭載部１０１ｂを備えている。リード部１０１ａは、素子搭載部１０１ｂに一体に繋がるリードと、アルミニウムなどからなるボンディングワイヤ１０３によって素子搭載部に搭載された半導体素子の表面電極に電気的に接続されたリードとを備えている。素子搭載部１０１ｂにはＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体素子１０２が固着されている。そして、パワー素子１０２、素子搭載部１０１ｂ、リード部１０１ａの一部、ボンディングワイヤ１０３は、トランスファモールド法などにより形成されたエポキシ樹脂などを材料とする樹脂封止体１０４により樹脂封止されている。
従来のリードフレームに搭載された樹脂封止型半導体装置において、特許文献１には、ヒートシンクとリードフレームとの間に放熱性フィラーを含有した絶縁層を介在させた構造が記載されている。
【０００３】
このような樹脂封止型の半導体装置は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を樹脂封止体に用いるが、放熱性を向上させるために樹脂封止体１０４として高熱伝導タイプの樹脂を使用する必要がある。それと共に、リードフレーム１０１の素子搭載部１０１ｂに搭載されたパワー半導体素子１０２の実装面に対向する面の樹脂厚（素子搭載部より下の部分の厚さ（ｄ））を薄化する必要がある。しかしながら、この部分は、薄くすればするほど樹脂を均一に充填することは困難である。均一性がなければ部分的に絶縁性が損なわれて半導体装置が破壊される。従来、絶縁性を維持するためには、この部分の厚さは、５００μｍは必要であった（ｄ＝５００）。従って、この部分を薄くして熱抵抗を低減することは困難であった。
【特許文献１】特開平２０００−２６０９１８号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上の問題を解決するためになされたものであり、絶縁耐圧を保ちながら熱抵抗を低減したパワー半導体素子を樹脂封止した半導体装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体装置の一態様は、リードフレームと、前記リードフレームの素子搭載部に搭載されたパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の電極と前記リードフレームのリード部とを電気的に接続するボンディングワイヤと、前記素子搭載部を搭載する主面を有する絶縁シートと、前記リード部の一部、前記素子搭載部を搭載する絶縁シート主面、前記素子搭載部及び前記パワー半導体素子を封止する樹脂封止体とを備え、前記絶縁シートの熱伝導率は、前記樹脂封止体の熱伝導率よりも高いことを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の半導体装置の一態様は、リードフレームと、前記リードフレームの素子搭載部に搭載されたパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の電極と前記リードフレームのリード部とを電気的に接続するボンディングワイヤと、前記素子搭載部を搭載する主面を有する絶縁シートと、前記絶縁シートの前記素子搭載部を搭載する主面とは対向する面に形成された金属シートと、前記リード部の一部、前記素子搭載部を搭載する絶縁シート主面、前記金属シートの前記絶縁シートが設けられた面とは反対の面、前記素子搭載部及び前記パワー半導体素子を封止する樹脂封止体とを備え、前記絶縁シートの熱伝導率は、前記樹脂封止体の熱伝導率よりも高いことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、リードフレームの素子搭載部にパワー半導体素子を搭載する工程と、前記パワー半導体素子の電極と前記リードフレームのリード部とをボンディングワイヤにより電気的に接続する工程と、半硬化状態の絶縁シートの一面に金属シートを設ける工程と、前記素子搭載部を前記絶縁シートの前記金属シートが設けられた主面とは対向する主面に搭載する工程と、前記パワー半導体素子を搭載した前記リードフレームを金型に載置し、前記リード部の一部、前記素子搭載部を搭載する絶縁シート主面、前記素子搭載部及び前記パワー半導体素子を封止する樹脂封止体を形成する工程とを備え、前記絶縁シートの熱伝導率は、前記樹脂封止体の熱伝導率よりも高いことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、樹脂封止体より熱伝導率の高い絶縁シートを素子搭載部の下の部分に設けることにより封止樹脂の充填性を考慮する必要がなくなり、絶縁性を充分確保しながらこの部分の厚みの薄化が可能となり熱抵抗の低減が可能となる。また、絶縁シートは使用前は半硬化状態にあるので、硬度が十分でなく作業性が悪いが、絶縁シートに金属シートを固着することにより硬度が保て作業性が向上すると共に樹脂封止後の外力による絶縁シートのワレ、カケで絶縁が保てなくなることを防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、樹脂封止型の半導体パッケージにおいて、絶縁シートを用いることにより絶縁耐圧を保ちながら熱抵抗を低減させることを特徴とする。
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、図１及び図２を参照して実施例１を説明する。
図１は、この実施例のヒートシンクを備え樹脂封止された半導体装置の断面図、図２は、図１に示す半導体装置を上方から透視してみた透視平面図であり、図１は、図２のＡ−Ａ′線に沿う部分の断面図である。この半導体装置では、リードフレーム１を用いる。リードフレーム１は、フレーム部（図示しない）に保持されたリード部１ａ及び素子搭載部１ｂを備えている。リードフレーム１は、例えば、Ｃｕを素材としている。勿論材料はこれに限るものではなく、Ｃｕの合金やＦｅ＋４２Ｎｉ合金などを用いることができる。リード部１ａは、素子搭載部１ｂに一体に繋がるリードと、アルミニウムなどからなるボンディングワイヤ３によって素子搭載部１ｂに搭載された半導体素子２の表面電極（図示しない）に電気的に接続されたリードとを備えている。素子搭載部１ｂにはＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ、パワートランジスタなどのパワー半導体素子２がはんだなどにより固着されている。素子搭載部１ｂは、パワー半導体素子２が完全に占めることができる主面を有している。
【００１１】
また、素子搭載部１ｂは、絶縁シート５の上に搭載されている。絶縁シート５は、素子搭載部１ｂが完全に占めることができる主面を有している。この実施例では絶縁シート５にはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いているが、本発明はエポキシ樹脂に限定されるものではなく、他の周知の熱硬化性樹脂を用いることができる。絶縁シート５は、少なくとも半導体素子を封止する樹脂封止体より熱伝導性の高いものが用いられる。通常半導体素子を封止する樹脂封止体は、この実施例も含めて、２．５Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導性を有している。この実施例では３．５Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導性を有する絶縁シート５を用いている。本発明で用いられる絶縁シートは、３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは、３．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性を有している。この実施例の絶縁シート５の厚みは２５０μｍ程度である。本発明では、絶縁シートの厚さは、３００μｍ以下、より好ましくは２００〜２５０μｍが適当である。絶縁シートの厚さがこの範囲にあれば従来より絶縁破壊を恐れは少なくなる。
【００１２】
素子搭載部上のパワー半導体素子２、素子搭載部１ｂ、リード部１ａの一部、ボンディングワイヤ３及び絶縁シート５の素子搭載部が搭載されている主面は、トランスファモールド法などにより形成されたエポキシ樹脂などを材料とする樹脂封止体４により封止されている。絶縁シート５の素子搭載部が搭載されている主面と対向する主面は、樹脂封止体から露出している。絶縁シートの熱伝導率は、絶縁シートに混入されるシリカや窒化アルミなどの無機質フィラーの量によって調製される。本発明において、絶縁シートに含まれるシリカなどの無機質フィラー含有量は、７０〜８０重量％が適当である。フィラーの含有量が多いと成形性が低下して作業中に絶縁シートが破壊されてしまう。一方、含有量が少ないと所期の熱伝導度を得ることは難しい。無機質フィラーの含有量がこの範囲内にあるならば、絶縁シートの熱伝導率を３Ｗ／ｍ・Ｋ以上に安定して調整することができる。
この実施例における半導体装置は、高熱伝導の絶縁シートを設けることにより、封止樹脂の充填性を考慮する必要がなくなり、絶縁性を十分確保しながら薄肉部（樹脂封止体の素子搭載部の下の領域）の厚みの薄厚化が可能となり、したがって、この部分の熱抵抗の低減が可能となる。
【００１３】
次に、図を参照しながらこの実施例の半導体装置の製造方法を説明する。
まず、ＩＧＢＴなどのパワー半導体素子５を素子搭載部１ｂにはんだ等により固着する。図２に示すように、ベッドといわれる素子搭載部１ｂは、引き出し端子となるリード部１ａの１つ（コレクタ端子）に連続的に繋がっている。やはり引き出し端子（エミッタ端子及びゲート端子）となる２本のリード部１ａは、素子搭載部１ｂとは少し離れていて、これらリード部１ａとパワー半導体素子２の２つの表面電極２ａ、２ａとをそれぞれＡｌなどからなるボンディングワイヤ３、３により電気的に接続する。
【００１４】
その後、図示はしないが、先ずは厚さが２５０μｍのエポキシ樹脂からなる半硬化状態の絶縁シート５を、次にパワー半導体素子２を搭載したリードフレーム１を成型金型のキャビティ内に載置する。この時、キャビティ内の下金型の部分に絶縁シート５が直接接しており、その上に素子搭載部１ｂが載置されている。この成型金型が密閉されて、エポキシ樹脂などの樹脂がキャビティ内に充填されて封止樹脂あるいは樹脂封止体４が形成される。成型金型から取り出された樹脂封止体４及び絶縁シート５は、熟成されて硬化する。その後、樹脂封止体４から露出していたフレーム部やバリなどを取り除いて半導体装置が形成される。
この実施例では素子搭載部より下の部分は、絶縁シートで構成されているので従来より薄く形成される。この実施例の素子搭載部より下の部分は、図４に示される従来例の前記素子搭載部より下の部分（ｄ（＝５００μｍ）に相当する）に比較して１／２の薄さになりながら、絶縁性は十分維持され、熱抵抗が低減されている。
【実施例２】
【００１５】
次に、図３を参照して実施例２を説明する。
図３は、この実施例のヒートシンクを備え樹脂封止された半導体装置の断面図であり、実施例１を説明する図２と同じ様な平面形状になっている。リードフレーム２１は、フレーム部（図示しない）に保持されたリード部２１ａ及び素子搭載部２１ｂを備えている。リードフレーム２１は、例えば、Ｃｕを素材としている。リード部２１ａは、素子搭載部２１ｂに一体に繋がるリードと、アルミニウムなどからなるボンディングワイヤ２３によって素子搭載部２１ｂに搭載された半導体素子２２の表面電極（図示しない）に電気的に接続されたリードとを備えている。素子搭載部２１ｂにはＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ、パワートランジスタなどのパワー半導体素子２２がはんだなどにより固着されている。素子搭載部２１ｂは、パワー半導体素子２２が完全に占めることができる主面を有している。また、素子搭載部２１ｂは、絶縁シート２５の上に搭載されている。絶縁シート２５は、素子搭載部２１ｂが完全に占めることができる主面を有している。
【００１６】
絶縁シート２５は、少なくとも半導体素子を封止する樹脂封止体より熱伝導性の高いものが用いられる。通常半導体素子を封止する樹脂封止体は、この実施例も含めて、２．５Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導性を有している。この実施例では３．５Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導性を有する絶縁シート２５を用いている。また、この実施例の絶縁シート２５の厚みは２５０μｍ程度である。
絶縁シート２５の１つの主面には素子搭載部２１ｂが搭載されており、この主面と対向する他の主面（この場合絶縁シートの下面）は、アルミニウム箔などからなる金属シート２６により被覆されている。本発明においては、金属シートには、Ａｌ（アルミニウム）箔に限らず、Ｃｕ（銅）箔などを他の金属を用いることができる。その厚さは、０．２ｍｍ以下が好ましく、この実施例では１００μｍのものを用いている。Ｃｕ箔を用いる場合には表面の酸化を防ぐためにメッキ処理を施すこともできる。素子搭載部上のパワー半導体素子２２、素子搭載部２１ｂ、リード部２１ａの一部、ボンディングワイヤ２３、絶縁シート２５の素子搭載部が搭載されている主面及び金属シート２６の絶縁シートを被覆している主面は、トランスファモールド法などにより形成されたエポキシ樹脂などを材料とする樹脂封止体２４により封止されている。
【００１７】
金属シート２６の絶縁シートを被覆している主面と対向する主面は、樹脂封止体２４から露出している。絶縁シートの熱伝導率は、絶縁シートに混入されるシリカなどの無機質フィラーの量によって調製される。本発明に用いる絶縁シートの無機質フィラー含有量は、７０〜８０重量％が適当である。フィラーの含有量が多いと成形性が低下して作業中に絶縁シートが破壊されてしまう。一方、含有量が少ないと所期の熱伝導度を得ることは難しい。
この実施例における半導体装置は、高熱伝導の絶縁シートを設けることにより、封止樹脂の充填性を考慮する必要がなくなり、絶縁性を十分確保しながら薄肉部（樹脂封止体の素子搭載部の下の領域）の厚みの薄厚化が可能となって、この部分の熱抵抗の低減が可能となる。
【００１８】
次に、この実施例の半導体装置の製造方法を説明する。
まず、ＩＧＢＴなどのパワー半導体素子２２を素子搭載部２１ｂにはんだなどの手段により固着する。素子搭載部２１ｂは、引き出し端子となるリード部２１ａの１つ（コレクタ端子）に連続的に繋がっている。また、やはり引き出し端子（エミッタ端子及びゲート端子）となる２本のリード部２１ａは、素子搭載部２１ｂとは少し離れている。これらリード部２１ａとパワー半導体素子２２の２つの表面電極とをそれぞれＡｌなどからなるボンディングワイヤ２３により電気的に接続する。
【００１９】
その後、図示はしないが、先ずはアルミニウム箔等の金属シート２６に貼り付けた厚さが２５０μｍのエポキシ樹脂からなる半硬化状態の絶縁シート２５を、次にパワー半導体素子２２を搭載したリードフレーム２１を成型金型のキャビティ内に載置する。この時、キャビティ内の下金型の部分に金属シート２６が直接接しており、その上に絶縁シート２５を介して素子搭載部２１ｂが載置されている。この成型金型が密閉されて、エポキシ樹脂などの樹脂がキャビティ内に充填されて封止樹脂あるいは樹脂封止体２４が形成される。成型金型から取り出された樹脂封止体２４及び絶縁シート２５は、熟成されて硬化する。その後、樹脂封止体２４から露出していたフレーム部やバリなどを取り除いて半導体装置が形成される。
絶縁シートは、工程の初期の段階では半硬化状態にあるので、硬度が十分でなく作業性が悪い。しかし、アルミニウム箔などの金属シートを設けることにより絶縁シートの硬度が保て作業性が容易となると共に樹脂封止後の外力による絶縁シートのワレ、カケで絶縁が保てなくなることを十分防止できる。また、この金属シートがこの部分の熱抵抗を低減させることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に係るヒートシンクを備え樹脂封止された半導体装置の断面図。
【図２】図１に示す半導体装置を上方から透視してみた透視平面図。
【図３】本発明の実施例２のヒートシンクを備え樹脂封止された半導体装置の断面図。
【図４】従来の半導体装置の断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１、２１      リードフレーム
１ａ、２１ａ      リードフレームのリード部
１ｂ、２１ｂ      リードフレームの素子搭載部
２      パワー半導体素子
２ａ      パワー半導体素子の表面電極
３      ボンディングワイヤ
４、２４      樹脂封止体
５、２５      絶縁シート
２６      金属シート
【図１】
2005353805.tif 000003
【図２】
2005353805.tif 000004
【図３】
2005353805.tif 000005
【図４】
2005353805.tif 000006